Расчет параметров основных элементов силовых схем выпрямителей трехфазного питания

1.3. Расчет параметров основных элементов силовых схем выпрямителей 

       трехфазного питания

Наибольшее распространение получили следующие схемы ВП трехфазного питания: однотактная однополупериодная (трехфазная нулевая), однотактная двухполупериодная (шестифазная нулевая), и двухтактная двухполупериодная (трехфазная мостовая).

На рис. 1.9 приведены диаграмм токов и напряжений на элементах трехфазной нулевой схемы ВП (см. рис. 1.3) при мгновенной коммутации вентилей. На основании данной диаграммы основные параметры трехфазное нулевой схемы определяются следующим образом.

Рис. 1.9. Диаграмм токов и напряжений на элементах трехфазной нулевой схемы

Выпрямленная ЭДС  или постоянная составляющая мгновенной выпрямленной ЭДС  на нагрузке

.               (1.19)

Рассматриваемые далее параметры трехфазной нулевой схемы не зависят от угла отпирания .

На основании диаграммы (см. рис. 1.9) среднее значение тока через вентиль определяется из выражения:

.                                    (1.20)

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора, равное действующему значению тока вентиля, рассчитывается по формуле:

.                         (1.21)

Действующее значение тока первичной обмотки трансформатора определяется из выражения

.                                                 (1.22)

Полная мощность трехфазной первичной обмотки трансформатора с учетом соотношений (1.22) и (1.19) равна

.                 (1.23)

Полная мощность трехфазной вторичной обмотки трансформатора с учетом (1.21) и (1.19) равна

.                        (1.24)

Типовая мощность силового трансформатора с учетом (1.23) и (1.24) равна

.                             (1.25)

Максимальное напряжение на вентилях трехфазной нулевой схемы равно амплитуде линейного напряжения вторичной обмотки силового трансформатора.

.                                  (1.26)

Угол проводимости вентилей трехфазной нулевой схемы равен 120 электрическим градусам.

На рис. 1.11 приведены диаграммы мгновенных значений токов и напряжений на элементах шестифазной нулевой схемы (рис. 1.10). Диаграмма приведена для случая мгновенной коммутации и идеально сглаженного выпрямленного тока.

На основании диаграммы (см. рис. 1.11) основные параметры шестифазной нулевой схемы определяются следующим образом.

Среднее значение выпрямленной ЭДС  на нагрузке определяется путем усреднения мгновенной выпрямленной ЭДС  на периоде ее повторяемости, равном . Полагая, что при интегрировании ось ординат совмещена с амплитудным значением кривой синусоиды фазной ЭДС вторичной об мотки трансформатора, получим

.                (1.27)

Рис.1.11. Диаграммы токов и напряжений на элементах шестифазной нулевой схемы

Рассматриваемые далее параметры шестифазной нулевой схемы не зависят от угла отпирания .

Среднее значение тока через вентиль равно

.                               (1.28)

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора, равное действующему значению тока вентиля, рассчитывается по формуле:

.                         (1.29)

Действующее значение фазного тока первичной обмотки трансформатора, соединенной в треугольник, равно

.                                         (1.30)

Полная мощность шестифазной вторичной обмотки трансформатора с учетом соотношений (1.29) и (1.27) равна

.                        (1.31)

Полная мощность трехфазной первичной обмотки трансформатора с учетом выражений (1.30) и (1.27) равна

.          (1.32)

Типовая мощность силового трансформатора равна

.                             (1.33)

Максимальное напряжение на вентилях шестифазной нулевой схемы равно амплитуде линейной ЭДС вторичной обмотки трансформатора и определяется по формуле:

.                                          (1.34)

Угол проводимости вентилей шестифазной нулевой схемы равен 60 электрическим градусам.

Соединение, первичной обмотки трансформатора в звезду в шестифазных нулевых схемах не используется, так как при таком соединении в сердечнике трансформатора возникают нескомпенсированные потоки вынужденного намагничивания, искажающие первичный ток, вторичные напряжения и снижающие выпрямленное напряжение.

На рис. 1.12 приведены диаграммы мгновенных значений токов и напряжений на элементах трехфазной мостовой схемы выпрямления (см. рис. 1.1). Диаграмма соответствует мгновенной коммутации вентилей и идеально сглаженному току нагрузки. На основании этой диаграммы рассчитываются основные параметры трехфазной мостовой схемы.

Выпрямленная ЭДС на выходе трехфазной мостовой схемы равна

.                       (1.35)

где - амплитуда линейной ЭДС вторичной обмотки трансформатора.

Рассматриваемые далее параметры трехфазной мостовой схемы не зависят от угла отпирания .

Среднее значение тока через вентиль схемы определяется из выражения:

.                              (1.36)

Действующее значение тока вторичной обмотки равно

.                (1.37)

Рис. 1.12. Диаграммы токов и напряжений на элементах мостовой схемы

Действующее значение тока первичной обмотки равно

.                                                 (1.38)

Полная мощность трехфазной вторичной обмотки с учетом соотношений (1.35) и (1.37) равна

.           (1.39)

Полная мощность трехфазной первичной обмотки с учетом (1.38) и (1.35) равна

.                                         (1.40)

Типовая мощность трансформатора трехфазной мостовой схемы рассчитывается по формуле:

.                       (1.41)

Максимальное напряжение на вентилях трехфазной мостовой схемы равно амплитуде линейной ЭДС вторичной обмотки силового трансформатора

.                                      (1.42)

Угол проводимости  вентилей мостовой трехфазной схемы равен 120 электрическим градусам.

Применение полученных выше формул для расчета выпрямителей трехфазного питания можно рассмотреть на следующих примерах.